Предложение 3D DRAM прокладывает путь к увеличению плотности

Aug 24, 2023

Стекирование микросхем для памяти

Если и есть технологический продукт, масштабирование которого работает не так хорошо, то это DRAM. Для этого существует ряд причин, наиболее важной из которых является фактическая конструкция ячеек DRAM и то, как она связана с производством. Но, по мнению Lam Research, конечный результат этих трудностей с масштабированием означает, что исследователи в области DRAM могут оказаться не в состоянии увеличить масштабируемость плотности DRAM уже через пять лет. Именно в этом контексте Lam Research, компания, специализирующаяся на компания по разработке полупроводниковых схем опубликовала предложение о том, как могут развиваться будущие продукты DRAM. И это будущее вполне может быть 3D, так что кажется, что кубы памяти не так уж и далеко за пределами возможностей. По данным компании, нам понадобится около пяти-восьми лет, чтобы разработать технологическое устройство 3D DRAM, в результате чего мир останется с возможным трехлетним разрывом между моментом окончания масштабирования 2D DRAM и началом масштабирования 3D DRAM. Используя свое фирменное программное обеспечение SEMulator3D, компания Lam Research рассмотрела возможные конструкции 3D DRAM. Их внимание было сосредоточено на решении задач масштабирования и укладки слоев, уменьшении размеров конденсаторов и транзисторов, межячеечных соединениях и переходных массивах (таких как TSV [Through Silicon Vias] компании TSMC, который мы уже видели в других трехмерных полупроводниковых конструкциях). Наконец, компания сформулировала технологические требования, которые позволяют изготовить предлагаемую ими конструкцию.

Из-за особенностей конструкции ячеек DRAM невозможно просто положить компоненты 2D DRAM на бок, чтобы затем сложить их друг на друга. Это происходит потому, что ячейки DRAM имеют большое соотношение сторон (они выше, чем толще). Чтобы положить их на бок, потребуются возможности бокового травления (и заполнения), которые выходят за рамки наших текущих возможностей. Но когда вы понимаете саму архитектуру, вы можете изменить ее и адаптировать, одновременно пытаясь обойти ограничения дизайна. Однако это легче сказать, чем сделать, и есть причина, по которой у нас еще нет 3D DRAM. Современные схемы DRAM нуждаются, по существу, в трех компонентах: битовая линия (проводящая структура, которая подает ток); транзистор, который получает выходной ток битовой линии и служит затвором, контролирующим, может ли электрический ток течь в цепь (и заполнять ее); и конденсатор, в котором ток, протекающий через битовую линию и транзистор, в конечном итоге сохраняется в форме бита (0 или 1). Компания Lam Research использовала несколько «хитростей» при проектировании микросхем, чтобы создать работающую архитектуру. Во-первых, они переместили битовую линию на противоположную сторону транзистора; поскольку битовая линия больше не окружена конденсатором, это означает, что к самой битовой линии можно подключить больше транзисторов, что повышает плотность кристалла.

Чтобы максимизировать увеличение плотности площади, компания Lam Research также применила несколько современных технологий производства транзисторов. К ним относятся конструкции вилочных листов Gate-All-Around (GAA), которые Intel, похоже, изучает для технологий литников следующего поколения. Перепроектированная архитектура DRAM, предложенная исследованием Лама, затем может быть сложена, накладывая слои новой конструкции ячеек DRAM друг на друга, в процессе, мало чем отличающемся от процесса NAND. Но хотя масштабирование NAND в настоящее время находится на отметке в 232 слоя, По оценкам Lam Research, первое поколение конструкции 3D DRAM, такой как ее собственная, будет использовать только до 28 сложенных друг на друга слоев. По оценкам Lam Research, за счет улучшений архитектуры и дополнительных слоев можно добиться скачка плотности DRAM на два узла, причем дальнейшие улучшения возможны за счет добавления дополнительных слоев в небоскреб DRAM. Как мы видели в других технологиях изготовления, использование массива переходных отверстий (технология, лежащая в основе TSV TSMC) затем используется для соединения отдельных слоев. Однако существует непосредственная проблема с дизайном, предложенным Lam Research: в настоящее время не существует производственных инструменты, которые могут надежно изготовить необходимые функции. Компания сразу же отмечает, что сама конструкция DRAM находится на переднем крае сегодняшнего дня; улучшение и перепроектирование инструментов и процессов является общим требованием. И, как заявляет компания, у нас еще есть время, прежде чем мы достигнем стены масштабирования DRAM. Надеемся, что необходимые инструменты и опыт будут доставлены в эти сроки.